金刚石加持，GaN HEMT实现“冷静”高功率运行

GaN HEMT通常生长在碳化硅（SiC）或硅（Si）衬底上。虽然SiC衬底的热导率优于Si，但GaN外延生长过程中形成的缓冲层和成核层，往往具有相对较高的热阻。这意味着，器件工作时产生的热量，在向下传导顺利获得这些层时会遇到“阻碍”，导致热量在有源区积聚，使器件结温升高。过高的结温不仅会降低GaN HEMT的输出功率和效率，还会加速器件老化，缩短其使用寿命。

为分析决这一难题，研究团队将目光投向了金刚石这种拥有地球上已知最高热导率的材料。他们的创新之处在于，不是简单地在芯片底部加厚金刚石层，而是顺利获得后处理工艺，将金刚石直接集成到GaN HEMT器件的有源区域的顶部和侧壁。

这种“自上而下”以及“环绕式”的散热设计具有以下核心优势：

开辟高效散热通道： 顺利获得在器件顶部沉积金刚石，为热量给予了一个额外的、直接从有源区向上传导的路径。这避开了下方缓冲层和成核层的高热阻，使得热量能够更高效地从器件中导出。

实现三维立体散热： 金刚石不仅覆盖在器件顶部，还包覆了侧壁。这种三维集成方式确保了热量可以从芯片的多个表面迅速传递出去，最大限度地提升了散热效率。

无空隙共形沉积： 研究团队特别强调，此次金刚石的沉积实现了无空隙（void-free）且共形（conformal）。这意味着金刚石层能够紧密、均匀地贴合在器件表面，避免了因空隙或不均匀而导致的热传导效率降低，这对于器件的有效冷却至关重要。

在2英寸半绝缘碳化硅（SiC）衬底上，顺利获得金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术，生长了具有氮化铝镓（AlGaN）势垒层和原位氮化硅（SiN）钝化层的GaN HEMT结构。随后，他们采用了精密的后处理工艺，将金刚石沉积并集成到器件有源区。这种新颖的顶部散热方法为热量给予了替代路径，绕过了生长堆栈中缓冲层/成核层的高电阻。该团队表示，金刚石的无空隙和共形沉积对于更好地冷却器件至关重要。

展望未来，这项将金刚石直接集成到GaN HEMT有源区顶部和侧壁的技术，为下一代高功率、高频率GaN电子器件的散热问题给予了全新的解决方案。它不仅有望有助于GaN HEMT在5G毫米波、未来6G通信、高功率雷达以及相控阵列等领域的应用，更将为高温、高功率密度工作环境下的电子设备带来革命性的性能提升和可靠性保障。未来，随着金刚石集成技术的进一步成熟和成本的降低，我们有望看到更多高性能的GaN HEMT器件走向市场，助力电子产业迈向新的高度。

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